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如何打造高“宿”质直播方案
作者:焦旭(编辑) | 来源:Intel
2018-07-06
与一般直播系统不同,行业直播不但对视频质量要求极高,在降低延迟方面,也有着非常严格的要求,因此对平台的处理能力有着更为苛刻的要求。使用服务器CPU支持转码,已逐渐成为一个主流趋势。

 

编者按:

与一般直播系统不同,行业直播不但对视频质量要求极高,在降低延迟方面,也有着非常严格的要求,因此对平台的处理能力有着更为苛刻的要求。此前,常用的行业直播转码设备价格昂贵,且处理能力有限,因此使用服务器CPU支持转码,已逐渐成为一个主流趋势。

方兴未艾的直播行业正在互联网创新和创业大潮中扮演越来越重要的角色。视频直播行业在欣欣向荣的同时,竞争也日趋激烈,用户对视频直播收视体验提出了更高要求,尤其在行业直播领域更是如此——视频转码效率的不足会严重影响视频质量,因此亟需更强劲的处理能力来提升方案的视频转码能力。 

所谓行业直播,是指针对特定行业需求的视频直播,例如大型体育赛事、演唱会等等,因此行业直播的核心需求十分明显。“视频质量是行业直播方案的生命线,在收看大型体育赛事、演唱会直播时,观众最无法忍受的是画面出现花屏、抖动现象,以及直播视频与现场出现了可感知的延迟。”网宿科技助理总裁李东这样说道。 

可以说视频转码效率是影响行业直播方案品质的核心要素,除了受制于底层处理器的计算能力,也与转码软件是否具备有针对性的调优方案息息相关,开源版本软件未经优化的转码效率正制约整个系统的工作效率,如何针对处理器特性提出更佳的软件调优方案,也是提升视频转码效率的一大关键因素。

在现有的许多直播系统中,CDN节点都肩负着内容分发的重任,同时也负责音视频内容收集、编码、转码等过程,堪称直 播系统的核心组件,直播的质量与它的能力可谓息息相关,而整个直播行业的火热,也离不开背后CDN厂商的技术支持。 

作为中国CDN服务行业的领头羊,网宿科技一直希望在直播行业中利用先进技术创造更大价值。通过对整个直播产业的观察,并结合自身在CDN、IDC、云计算等方面的产业优势和技术积累,网宿科技选择以行业直播作为突破口,致力于向用户提供高质量的行业直播方案。为了提高行业直播方案的用户满意度,网宿科技针对观众非常敏感的视频播放质量问题展开了技术攻关。为帮助网宿科技解决这些技术难题,已在视频处理领域积累多年,有着丰富经验的英特尔,为网宿科技献上了分别与硬件和软件相关的两颗“定心丸”。 


硬件“倚天剑”提供更强大视频处理能力

从网宿科技行业直播方案的架构可以看出,其前端采集的音、视频需要经过编码和封装、转码、分发等过程,最终才会传送到观众的设备。由于视频质量和直播效果受视频的码率与格式的影响最大,因此在上述这个过程中,起到最关键作用的步骤是视频转码。

视频转码的效率会对行业直播的视频质量造成关键性影响。视频转码的过程是先解码,后编码,如果解码编码的工作效率不高,直接的结果就是收视时可感知到明显延迟;另一方面,如果解码编码差错率过高,则会造成画面出现花屏、抖动等现象。 

视频转码是一个高运算负荷过程,计算性能是提升或制约其工作效率的最关键因素,因此必须为其配备强大的处理器,输出澎湃的处理能力,才能保证视频转码的高效和可靠。为帮助网宿科技应对这一瓶颈,英特尔为其提供了最新一代的英特尔至强可扩展处理器。

以网宿科技采用的英特尔至强可扩展处理器家族中的英特尔至强金牌处理器6132为例,它拥有2.6GHz主频和14个内核,可支持28个线程,能充分地在视频转码任务中展现其高频、多核、多线程的优势。同时,英特尔至强可扩展处理器还自带计算、网络与存储协同处理功能,能在保证数据安全的同时提升效率。

针对视频转码并行计算任务重的特征,英特尔至强可扩展处理器集成的英特尔AVX -512技术做到了举重若轻,它提供的增强型超宽512位矢量处理能力,可帮助系统处理苛刻的计算任务。

此外,英特尔傲腾固态盘DC P4800X可以在低队列深度工作负载下实现5-8倍的性能提升,在单次访问和超低延迟下表现出极高的吞吐量,这有助于网宿科技在不改变现有存储架构与磁盘数量的前提下,最大程度地提高数据库I/O性能,提升业务的响应速度。网宿科技测试发现,在不同的工作负载下,英特尔傲腾固态盘DC P4800X的每秒事务数(TPS)以及每秒查询率(QPS)都保持在一个很高的水平,延迟方面也表现出极高的稳定性,没有出现性能抖动现象,这能保证即使在业务高峰期,也依然可以实现快速响应。

软件“屠龙刀”提供更佳调优方案 

有了英特尔的硬件“倚天剑”,网宿科技行业直播方案也离不开视频转码软件这样的软件“屠龙刀”。开源软件FFmpeg是其方案中承担视频转码任务的主力,它具备非常强大的视频采集、视频格式转换等功能,可轻而易举地实现多种视频格式,例如H.264、wma、rmvb、avi等格式的相互转换。 

但开源版的FFmpeg没有针对处理器性能进行调优,英特尔至强可扩展处理器的很多强大技术特性,例如增强的矢量处理能力,都无法完全释放其性能潜力。为此,英特尔与网宿科技的工程师们一起,根据行业直播所需视频转码任务的需要,以及英特尔至强可扩展处理器的各项特性,对FFmpeg进行了全面、深入的调优。例如,根据分析结果将FFmpeg中的离散余弦转换(DCT)计算针对英特尔AVX-512进行了改写。同时,双方工程师也将目前热门的x.264(H.264格式所需库)和x.265(H.265格式所需库)中的部分热点函数针对英特尔AVX-512进行了优化,这些调优方案经测试验证,都有助于大幅提升视频转码的性能。

获得调优方案后,双方工程师采用同一视频源,针对不同英特尔处理器、不同版本的FFmpeg,对它们组合后的视频转码性能进行了测试。在测试中,针对H.265和H.264两种编码格式,编码速度设置为fast、medium两种,并选用了4k、高清等不同的分辨率,逐一进行了转换测试。调优后的FFmpeg性能,在最佳情况下可比开源版提升50%-60%,达到了网宿科技的预期效果。在实际的部署中,也得到了用户的良好反馈。

未来,英特尔除了继续为网宿科技提供更新、更强的处理器作为其系统的计算力引擎外,还会继续基于处理器特性对方案中的不同软件进行更深入的调优,以期进一步提高系统工作效率。同时,英特尔与网宿科技之间的这种合作模式,也有望扩展到整个直播行业之中,为更多从业者的系统升级和调优需求提供类似的定制化的支持。

责任编辑:焦旭

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